离心油泵蜗壳内部三维粘性流体流动

发布时间：2021-11-11 00:05

　　本文研究内容是2003年原兰州理工大学学特色研究方向及学术梯队资助计划项目的一部分。蜗壳式离心油泵是一种在石油化工流程中广泛的离心油泵。蜗壳是离心油泵的一种重要部件。由于液体存在粘性，所以蜗壳内存在能量（水力）损失。另外，蜗壳内部流动还影响叶轮周围的压力分布，影响叶轮运转可靠性。为了使离心油泵具有较好的水力性能和较高的可靠性，国内外学者对离心泵蜗壳的内部流动和水力性能都进行过深入的研究。但是有关粘油在蜗壳内的三维紊流和层流流动目前还没有人研究过。本文试图采用计算流体力学（CFD）的方法研究离心油泵蜗壳内部三维复杂流动和水力性能，旨在认清粘性流体在离心油泵内部流动规律，为离心油泵蜗壳水力性能分析和水力设计提供理论依据。本文利用FLUENT6.1.2 CFD软件和几何建模及网格划分的GAMBIT2.0处理软件，在不同的流体粘度下，分别计算了90°方形断面弯管、两种不同扩散角的弯曲圆断面扩散管以及一种离心油泵蜗壳内部三维紊流和层流流动，并与实验数据进行了对比。研究了网格数和紊流模型对计算结果的影响。给出了不同粘度下蜗壳内部流动状态、压力恢复系数和水力损失系数的变化规律。研究了工况、粘度、蜗壳... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究问题的提出
        1.1.1 离心泵蜗壳内部流动研究现状
            1.1.1.1 国外研究现状
            1.1.1.2 国内研究现状
        1.1.2 离心油泵蜗壳研究中存在的问题
    1.2 研究内容
    1.3 研究方法
        1.3.1 CFD概述
        1.3.2 CFD在离心泵内部流动研究中的应用
            1.3.2.1 离心泵整体流场的模拟
            1.3.2.2 离心泵叶轮内部的三维紊流
            1.3.2.3 汽蚀特性数值计算
            1.3.2.4 转子—定子相互作用数值计算
            1.3.2.5 小流量研究工况扬程系数曲线出现正斜率和滞环现象的机理
    1.4 研究的意义
    1.5小结
第二章 蜗壳流动的基本方程及计算方法
    2.1 概述
    2.2 流动的基本方程
        2.2.1 紊流时均化
        2.2.2 时均N-S方程
        2.2.3 紊流模型
            2.2.3.1 标准k-ε模型
            2.2.3.2 RNGk-ε模型
            2.2.3.3 其它紊流模型
        2.2.4 边界条件
            2.2.4.1 入口和出口边界条件
            2.2.4.2 固体壁面条件-壁面函数
    2.3 FLUENT数值计算方法
        2.3.1 网格的生成
        2.3.2 基本方程的离散方法
        2.3.3 基本算法
        2.3.4 收敛性检查
            2.3.4.1 残差的计算
            2.3.4.2 收敛的残差限
    2.4 小结
第三章 90°方形断面弯管的内部流动
    3.1 概述
    3.2 计算模型的建立
        3.2.1 几何模型及流动物理参数
        3.2.2 网格的划分
        3.2.3 流动模型的设置
            3.2.3.1 计算方法
            3.2.3.2 紊流模型
            3.2.3.3 边界条件
    3.3 结果与分析
        3.3.1 网格对计算结果的影响
        3.3.2 紊流模型对计算结果的影响
        3.3.3 与试验结果的对比
        3.3.4 流动参数分布
            3.3.4.1 主流流动参数分布
            3.3.4.2 与理想流体速度剖面对比
            3.3.4.3 二次流分布
        3.3.5 水力损失计算值与经验公式对比
        3.3.6 进口直管管长对计算结果的影响
        3.3.7 阻力系数随雷诺数的变化
    3.4 小结
第四章 弯曲扩散管的内部流动
    4.1 概述
    4.2 计算模型的建立
        4.2.1 几何模型及流动物理参数
        4.2.2 网格的划分
        4.2.3 流动模型的设置
            4.2.3.1 计算方法
            4.2.3.2 紊流模型
            4.2.3.3 边界条件
    4.3 结果与分析
        4.3.1 网格对计算结果的影响
        4.3.2 紊流模型对计算结果的影响
        4.3.3 与试验结果的对比
            4.3.3.1 流动参数分布的对比
            4.3.3.2 静压恢复系数和总压损失系数的对比
        4.3.4 雷诺数对静压恢复系数和总压损失系数的影响
        4.3.5 雷诺数对主流速度和二次流的影响
    4.4 小结
第五章 蜗壳内部流动
    5.1 概述
    5.2 计算模型的建立
        5.2.1 几何模型及流动物理参数
        5.2.2 网格的划分
        5.2.3 流动模型的设置
            5.2.3.1 计算方法
            5.2.3.2 紊流模型
            5.2.3.3 边界条件
    5.3 网格数及紊流模型对计算结果的影响
        5.3.1 网格数的影响
        5.3.2 紊流模型的影响
    5.4 结果与分析
        5.4.1 内部流动特性
            5.4.1.1 工况的影响
            5.4.1.2 粘度对流动的影响
            5.4.1.3 粗糙度对流动的影响
        5.4.2 水力损失特性
            5.4.2.1 工况对损失的影响
            5.4.2.2 粘度对损失的影响
            5.4.2.3 粗糙度对损失的影响
        5.4.4 扩散管与蜗壳螺旋部分的水力损失的比较
    5.5 叶轮不对中的影响
        5.5.1 对流动的影响
        5.5.2 对水力损失的影响
    5.6 小结
第六章 结论
    6.1 主要结论
    6.2 存在的问题
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录



本文编号：3488212